Análisis comparativo del rendimiento de la corrosión de la tubería de perforación

La corrosión de la tubería de perforación es un problema común en los proyectos de perforación, y se está volviendo cada vez más grave a medida que se desarrolla la perforación hacia pozos profundos/ultra profundos, pozos de aguas profundas y pozos altamente corrosivos. En las operaciones de perforación, para satisfacer las necesidades de diversos procesos de perforación, se utilizan sistemas de fluidos de perforación como salmuera y polímeros a base de potasio, y contienen una variedad de aditivos, que son altamente corrosivos a alta temperatura y alta presión bajo tierra. En la actualidad, los materiales principales de las tuberías de perforación son enfriados con aceite (el tipo de acero representativo es 36CrNiMo4) y materiales enfriados con agua (el tipo de acero representativo es 4130H). A través de procesos de tratamiento térmico apropiados, las propiedades mecánicas convencionales de los dos tipos anteriores de materiales pueden cumplir con los diversos requisitos de API Spec 5DP-2009 "Especificación del producto de tubería de perforación" para tuberías de perforación. Sin embargo, no existe una prueba de análisis comparativo sistemático sobre la resistencia a la corrosión de los dos tipos de materiales anteriores. Dado que los medios corrosivos encontrados por las tuberías de perforación son principalmente oxígeno disuelto, CO2 y H2S;

Análisis 1. Material
La composición química de las tuberías de perforación está hecha de 36CrNiMo4 y 4130H. En comparación con los dos materiales, la tubería de perforación 36CrNiMo4 está aleada con Cr-Ni-Mo, la tubería de perforación 4130H está aleada con Cr-Mo y el contenido de carbono de la tubería de perforación 4130H es significativamente menor. Propiedades mecánicas y resultados de análisis metalográfico de tubos de perforación 36CrNiMo4 y 4130H. Tanto 36CrNiMo4 como 4130H son grados de acero S, y sus niveles de resistencia son los mismos.

2. análisis comparativo del rendimiento de la corrosión
2,1 Prueba de corrosión de oxígeno
Se realizaron ensayos electroquímicos de corrosión en tuberías de perforación 36CrNiMo4 y 4130H y se midieron las curvas de polarización de potencial dinámico de los dos materiales en solución de NaCl al 3,5%. La curva de polarización del cátodo es más pronunciada que la curva de polarización del ánodo, y el potencial de corrosión está cerca del potencial de equilibrio del ánodo. A partir de la cinética electroquímica, se puede ver que la corrosión de los dos materiales en una solución de NaCl al 3,5% está controlada principalmente por el cátodo. La curva de polarización catódica cae bruscamente con el aumento de la densidad de corriente de corrosión. Esto se debe a que la polarización causada por el retraso de la difusión de oxígeno continúa aumentando, por lo que todo el proceso catódico está controlado principalmente por el proceso de difusión de oxígeno. Ya sea a temperatura ambiente o 60 ° C, la tasa de corrosión por oxígeno de la tubería de perforación 4130H y la tubería de perforación 36CrNiMo4 es la misma. Para verificar adicionalmente el fluido de perforación de salmuera tomado del campo de petróleo, se llevó a cabo una prueba de corrosión de oxígeno en un autoclave. Bajo la condición de oxígeno saturado, los resultados de las pruebas de corrosión de las tuberías de perforación 36CrNiMo4 y 4130H en el fluido de perforación de salmuera también muestran que las tasas de corrosión por oxígeno de los dos materiales son las mismas. A través de la prueba comparativa anterior, se puede ver que la corrosión por oxígeno disuelto de la tubería de perforación es la corrosión por despolarización de oxígeno. Dado que la corrosión de la tubería de perforación está controlada por la difusión de oxígeno disuelto, el material de la tubería de perforación tiene poco efecto sobre la velocidad de corrosión.
2.2CO2 prueba de corrosión
Se realizó una prueba de corrosión de CO2 en las tuberías de perforación de materiales 36CrNiMo4 y 4130H para determinar las tasas de corrosión de CO2 de los dos materiales en diferentes medios ambientales. Relación de solución de prueba de corrosión de CO2. Bajo la condición de CO2 saturado, las condiciones de prueba de corrosión de CO2 y los resultados de la prueba de tubos de perforación 36CrNiMo4 y 4130H, Y la morfología de la corrosión de tubos de taladro 36CrNiMo4 y 4130H en solución 1 y solución 2. condiciones de prueba de corrosión de CO2 de la tabla 6 y resultados de la prueba de tubos de taladro 36CrNiMo4 y 4130H Tabla 5 relación de solución de prueba de corrosión de CO2 mg/L: Si la solución 1 o solución 2 se utiliza para la prueba de corrosión de CO2, La tarifa de la corrosión del CO2 del tubo de taladro 36CrNiMo4 es más baja que la de 4130H. Entre ellos, en el entorno de corrosión de la solución 1, la tasa de corrosión de la tubería de perforación 36CrNiMo4 es 27.4% menor que la de 4130H; en el entorno de corrosión de la solución 2, la tasa de corrosión de 36CrNiMo4 es 12.1% menor que la de 4130H. Además, en diferentes entornos de corrosión, la tasa de corrosión de la tubería de perforación 36CrNiMo4 en la solución 2 es 49.1% más alta que en la solución 1, Y la tasa de corrosión de la tubería de perforación 4130H en la solución 2 es 23.3% más alta que en la solución 1. Se puede ver que aunque el contenido de elementos de aleación resistentes a la corrosión como Ni y Mo en 36CrNiMo4 es significativamente mayor que en 4130H, lo que resulta en diferencias en la resistencia a la corrosión por CO2 de diferentes materiales, Todavía no es tan grande como el impacto del medio ambiente.
2,3 Prueba de corrosión por tensión de sulfuro
Usando el método de carga constante, las tuberías de perforación 36CrNiMo4 y 4130H se probaron para determinar la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión de sulfuro (SSC) en la solución A de NACETM0177-2005 "Método de prueba de laboratorio para la resistencia del metal al agrietamiento por tensión de sulfuro y al agrietamiento por corrosión bajo tensión en ambiente de H2S". Los resultados de la prueba de resistencia SSC de tubos de perforación 36CrNiMo4 y 4130H. Las tuberías de perforación hechas de ambos materiales se rompieron en muy poco tiempo debido a su alta resistencia, y no son adecuadas para su uso en entornos que contienen azufre; sin embargo, en comparación, la resistencia al SSC de la tubería de perforación 36CrNiMo4 es significativamente menor que la del material 4130H, y a medida que disminuye el nivel de estrés de carga, La superioridad de la resistencia SSC de la tubería de perforación 4130H se vuelve cada vez más obvia. Cuando la tensión de carga es 80% SMYS, el tiempo de fractura de la tubería de perforación 4130H es aproximadamente 1,9 veces mayor que el del material 36CrNiMo4; cuando la tensión de carga es 60% SMYS, el tiempo de fractura de la tubería de perforación 4130H es aproximadamente 5,0 veces mayor que el del material 36CrNiMo4. Los estudios han demostrado que la corrosión del acero en soluciones acuosas que contienen H2S pertenece a la corrosión por tensión de agrietamiento inducida por hidrógeno, que es causada por el hidrógeno liberado por la reacción del cátodo que ingresa al acero y enriquece ciertas partes clave. Cuando w(Ni) ≤ 2% y la dureza 22>HRC, la razón por la cual la resistencia SSC del acero que contiene níquel es menor que la del acero sin níquel es que el sobrepotencial de evolución de hidrógeno del acero que contiene níquel es bajo, lo que promueve la evolución de hidrógeno del cátodo, causando más hidrógeno para entrar en el acero, aumentando la concentración de hidrógeno difusible en el acero, Y haciendo así disminuir la resistencia al SSC del acero.

3. Conclusión
(1) Las tasas de corrosión de oxígeno de 36CrNiMo4 y 4130H son las mismas.
(2) La resistencia a la corrosión del CO2 de la tubería de perforación 36CrNiMo4 es mejor que la de 4130H.
(3) La resistencia a la corrosión por tensión de sulfuro de la tubería de perforación 36CrNiMo4 es significativamente menor que la de 4130H.